- 什么是薄膜?
提到薄膜,顧名思義膜厚度比較小,那么多少才是薄膜?有薄膜對應的就有厚膜。一般小于10um厚度的膜稱為薄膜,但絕大部分的薄膜的膜厚都是小于1um。大多都是以nm為膜厚的單位進行衡量。薄膜 需要基體進行長膜,而厚膜無需要基體,因為本身就有一定的厚度可以自己獨立成膜。
薄膜主要用于半導體、光伏、光學器件、面板行業;而厚膜多用于電子器件中,如印刷電路的電阻、電容等。厚膜的精度往往比較差,但是其工藝簡單,價格低廉。不像薄膜設備需要復雜昂貴的設備。
2. 半導體中薄膜及其作用?
半導體行業中使用薄膜,而不是厚膜,一方面其需要高的精度、另一方面其需要小的尺寸。
下面是邏輯芯片中的薄膜種類和其所使用的薄膜沉積設備。
下圖是3D NAND Memory 芯片中的薄膜及其所使用的薄膜沉積設備。
從上面可以看到芯片的不斷堆疊、需要不斷的進行光刻、沉積、刻蝕。根據統計。薄膜沉積設備占到了半導體設備的20%左右,其作為半導體產線的三大核心設備之一,起到了關鍵的作用。刻蝕是半導體制造過程中的“減法設備”,而薄膜沉積設備則是半導體制造過程中的“加法”設備。
3. 薄膜設備的分類
薄膜沉積設備可以分為三大類:PVD、CVD、ALD。
PVD 物理氣相沉積,即沉積過程中沒有發生化學反應,可以理解為物質測升華、凝華。
CVD化學氣相沉積,即沉積過程中發生了化學反應,有新的生成物產生。
ALD原子層沉積,顧名思義,其是一個原子一個原子的沉積在表面,可想而知,它相對于前面兩者會更加慢。
4. PVD 分類
薄膜沉積設備種類比較多,今天我們先講解一下PVD設備,后面再分別介紹CVD和ALD。
PVD 設備主要有:
(1)真空蒸鍍
高真空條件下加熱靶材到汽化,然后沉積到基體上成膜。
所使用的蒸發源即加熱裝置:高頻感應加熱、電弧加熱、輻射加熱、激光加熱等。
(2)濺射鍍膜
氣體放電產生的氣體離子高速轟擊靶材表面、靶材原子被轟擊出沉積在基板表面成膜。它是應用最廣泛的。
在真空環境中充入氬氣(Ar),并在高電壓下使氬氣進行輝光放電,可使氬(Ar)原子電離成氬離子(Ar+)。氬離子在電場力的作用下,加速轟擊在鍍料制作的陰極靶材,靶材會被濺射出來而沉積到工件表面。
濺射鍍膜可分為直流濺射、射頻濺射和磁控濺射,其對應的輝光放電電壓源和控制場分別為高壓直流電、射頻(RF)交流電和磁控(M)場。
(3)離子鍍
真空蒸鍍和濺射鍍膜的結合體,待鍍材料氣化后在放電空間部分電離,之后待鍍離子被電極吸引至基板沉積成膜,較為復雜,應用范圍不廣。


